楼宇自动化空调系统自动化原理PPT课件

1、.,1,第3章 空调系统自动化原理,.,2,3.1 空气的物理性质,3.1.1 空气的成分： 湿空气干空气水蒸气 干空气成分： 氮气（N2）78.03% 氧气（O2 ） 20.93% 二氧化碳（CO2） 0.03% 杂质 空调的调节对象是：湿空气,.,3,3.1.2 空气的状态参数,1、大气压力：1.01105Pa。在1954年第十届国际计量大会上，科学家对大气压规定了一个“标准”：在纬度45的海平面上，当温度为0时，760毫米高水银柱产生的压强叫做标准大气压。 2、水汽分压力pc：大小反映了水汽的多少，是空气湿度的一个指标。 3、温度t或T:反映了空气分子热运动的剧烈程度，表示空气冷热程度的

2、指标。 T=273+t,.,4,4、湿度： （1）绝对湿度x：1m3湿空气中含有的水汽量（单位为kg），与水汽分压力的关系 Rc是水汽的气体常数，等于461J/(kg.K) （2）含湿量d：1kg空气含有的水汽量（单位为g） （3）相对湿度：表示空气湿度接近饱和绝对湿度的程度，饱和绝对湿度指空气中的水汽超过了最大限度,多余的水汽开始发生凝结的水汽量。 5、露点温度t1：空气由某一温度降至另一适当温度时，其相对湿度就达到100，空气中的水汽便凝结成水结露，这个降低后的温度为露点温度。,.,5,空气状态参数间的关系：,.,6,3.2 调温调湿设备,1、空气加热设备加热器 空气加热器：肋片管式换热器

3、（一次或二 次加热器），加热量与空气和管内水流速、空气间温差、空气与加热器接触面积有关。 电加热器：电阻丝(分裸线式和管式)，适用于小型空调机组。,.,7,管式换热器,.,8,2、空气的减湿冷却设备,空气减湿冷却设备：表冷器（肋片管式换热器） 直接蒸发式表冷器：制冷剂为冷媒 用于各类局部机组 水冷表冷器：冷水为冷媒 用于集中式和半集中式空调的末端设备 表冷器的调节方法：水量调节，水温调节,.,9,3、空气加湿设备喷蒸汽 蒸汽加湿：干蒸汽加湿和电加湿 电加湿：电热式、电极式,.,10,电热式加湿器：,.,11,电热式加湿器,.,12,当自来水进入加湿桶后，水位逐渐上升。在加湿电极上通电，当水位漫

4、过电极后，电极之间通过水的导电性构成电流回路，并把水加热至沸腾，输出洁净蒸汽。随着蒸汽的输出，水位逐渐降低。这时，进水阀通电打开，再次进水，直到合适的水位。并继续产生蒸汽。 当加湿桶内的矿物质浓度越来越高时，排水阀自动打开，排去部分废水，加湿器再次补充新水，并继续加湿工作过程。,电极式加湿器：,.,13,电极式加湿器,.,14,3.3 空气调节原理,温度调节：夏季室温2527 冬季室温1620 湿度调节：相对湿度冬季在4050 夏季在5060之间,.,15,空气调节状态：,.,16,冬季新空气加热加湿处理,.,17,夏季新空气减温去湿处理：,.,18,3.4 中央空调的基本构成 3.4.1、空

5、调分类,按不同的空调目的分类 ：舒适性空调 、工艺性空调。 按空调设备的设置情况分类 ：集中式空调系统 、半集中式空调系统 、局部式空调系统 。 按承担室内负荷的介质种类分类：全空气系统、全水系统、空气-水系统 。 其他分类：定风量空调系统、变风量空调系统。,应用于宾馆、商场、办公楼、展览馆、机场、体育馆等公共设施的舒适性中央空调系统,满足电子、制药、生物、轻纺、化工、冶金、制药、电力、机械等行业的工艺性空调系统的不同使用要求,.,19,3.4.2、 空调系统的组成,进风部分：进风口、引入通道。 空气过滤部分：预过滤器、主过滤器。 空气的热湿处理部分：直接接触式、表面式。 空气的输送和分配部分

6、：风机和管道。 冷热源部分：自然冷热源、人工冷热源。,.,20,3.4.3、中央空调系统,对空气的处理集中在专用的机房里，对处理空气用的冷源和热源，也有专门的冷冻站和锅炉房。 按所处理空气来源分： 封闭式系统：新风量为零，全部使用回风，冷热损耗量最小，空气质量最差 直流式系统：回风量为零，全部采用新风，冷热损耗最大，空气质量最好 混合式系统：应用最广泛，,.,21,.,22,3.4.4、中央空调的冷、热源系统,冷源系统包括：冷水机组、冷冻水循环系统、 冷却水系统。 热源系统包括：锅炉机组、热交换器等。,.,23,冷源冷冻水 系统构成：制冷机、冷却塔、冷冻水循环泵、冷却水循环泵等。,3.4.4.

7、1 中央空调冷源系统,.,24,1、制冷机 压缩式（活塞式、离心式、螺杆式、涡旋式）、 吸收式 选择根据：建筑物用途、负荷大小和变化情况、制冷机特性、电源、热源和水源情况、初次建设投资、运行费用、维护保养、环保和安全等因素。,.,25,（1）压缩式制冷机： 原理: 制冷量:是制冷剂在蒸发器中进行相变时所吸收的汽化潜热。 以电为能源 （2）吸收式制冷机 以热为能源 制冷剂溴化锂水溶液（水为制冷剂、溴化锂为吸收剂） 制冷范围不如压缩式。 （3）风冷热泵式机组（空气热源热泵ASHP）： 通过制冷剂管路四通阀的转换，夏季可供冷，冬季可供热。,.,26,2、冷却塔 冷却水进入制冷机与制冷剂进行热交换，吸

8、收制冷剂释放的热量后水温升高，然后通过冷却水循环系统进入冷却塔，释放热量、降温后再循环进入制冷机进行热交换。 高温的冷却回水（出口37）被循环送至冷却塔上部喷淋，冷却塔风扇的转动，使冷却水在喷淋下落过程中，不断与室外空气进行热交换而冷却，重新进入冷水机组完成冷却水循环。,.,27,3、冷冻水循环泵、冷却水循环泵 冷冻水循环泵将从空调前端设备返回的冷冻水（一般为12）加压送入冷冻机，在冷冻机内进行热交换、释放热量、降低温度后离开冷冻机（一般为7 ），到达空调前端设备进行热交换，实现降温调节，再循环返回冷冻机。 冷却水循环泵实现冷却水在冷冻机与冷却塔之间循环，并通过冷却塔系统将冷冻机的冷却水入水口

9、和出水口的温度控制在设定值（入32 ，出37 ）。,.,28,3.4.4.2 中央空调热源系统 冷源蒸汽或热水 可由城市热网或自备锅炉提供。 1、热网供热方式 （1）蒸汽（0.2MPa以下） 当蒸汽进入热交换器，放出潜热后冷凝成凝结水，凝结回水回流到中间水箱，通过水泵送回蒸汽锅炉再加热。 分类：高压蒸汽供暖 压力高于70kPa 低压蒸汽供暖 压力等于或低于70kPa 真空蒸汽供暖 压力低于大气压,.,29,（2）热水 来自城市热网、工厂、小区或单位自建的热水锅炉。 比使用蒸汽安全，传热比较稳定，使用广泛。,.,30,2、自备热源装置 （1）锅炉 按用途分：动力锅炉 用于动力、发电方面 供热锅炉

10、 用于工业生产和生活供热 供热锅炉 按工作介质：热水锅炉、蒸汽锅炉 按容量：大型、中型和小型 按压力高低：高压、中压、低压 按水循环动力来源：自然循环、机械循环 按形状：立式、卧式 按所用燃料：燃油、燃煤、燃气 类型及台数的选择取决于：供热负荷、产热量、供热介质、当地燃料供应情况。,.,31,（2）热交换器（换热器） 完成锅炉提供的高温蒸汽或高温热水（9095）与空调热水（6570）的转换。 高温热源经热交换器变成空调热水，经热水泵（可与冷水泵合用）加压后经分水器送到各终端负载，在负载中进行水/气热交换后，水温下降，温度下降后的空调水回流，经集水器进入热交换器再加热。,.,32,3.4.4.3

11、 、空调系统的前端设备 影响室内空气参数变化的原因： 外因：太阳辐射和外界气候条件的变化 内因：室内设备和人员的散热量、水气挥发量等 完成空气调节的设备称空气处理设备或空调机组，也称末端设备。 空调机组与冷热源一起构成空调系统。 常见的空调末端设备有新风机组，风机管盘，变风量系统等多种类型。,.,33,思考题：,1、冬季和夏季空调对空气的调节过程。 2、中央空调的冷、热源系统主要有哪些设备组成。 3、压缩式制冷机的工作原理。,.,34,3.5 空调系统冷、热源自动控制,3.5.1 制冷站自动控制 制冷站：制冷机、循环水泵、集水器/分水器、补水箱、水处理装置、热源装置等。 冷却塔：安装在室外 膨

12、胀水箱：安装在建筑物最高层,.,35,3.5.1.1 制冷系统监控原理 图3.1 1、制冷系统运行参数 冷水机组进水口与出水口冷冻水温度检测，以了解制冷机组的制冷温度是否在合理范围。 集水器回水与分水器供水温度测量 冷冻水供/回水流量测量，测量流量和供水温度结合，计算出空调系统的冷负荷量，以此做为能源消耗计量和系统效率评价的依据。 分水器和集水器压力压差测量，根据供回水调节压差旁通阀的开度。 冷水机组运行状态和故障监测，取自冷水机组控制器输出触点或主接触器触点。 冷冻水循环泵运行状态、故障状态监测,.,36,2、制冷站水系统的运行控制 （1）冷水机组的连锁控制 （2）设备相互备用切换与均衡运行

13、控制 （3）冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行1差压旁路调节 （4）冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行2两极冷冻水泵协调控制 （5）膨胀水箱与补水箱监控 （6）冷水机组的节能群控运行 （7）冷却塔的节能运行控制,.,37,（1）冷水机组的连锁控制 冷水机组的启停必须与辅助系统的启停实行连锁控制。冷水机组本身也有自锁保护功能。 启动顺序： 冷却塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组 时序关系： 冷冻水、冷却水管路阀门开启，通过阀门位置反馈信号确认或延迟一定时间进入下一步（23min） 启动冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵，并延迟34min后进入下一步 冷水机组启动,.,38

14、,停机顺序： 冷水机组冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机 冷水机组停机 延迟35min后停止冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵 延迟46min关闭冷冻水、冷却水管路阀门,.,39,（2）设备相互备用切换与均衡运行控制 当出现设备故障报警时，控制系统自动停止相关设备运行，管理系统进行报警信息的记录与处理，同时备用设备投入运行。 启动设备均衡策略： 累计运行时间最少优先启动 当前停运时间最长优先启动 轮流排队启动 停机设备均衡策略： 累计运行时间最长优先停运 当前停运时间最长优先停运 轮流排队停运,.,40,（3）冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行1差压旁路调节 系统末端负荷侧水量发生变化，

15、引起冷冻水流量的改变。 通过在冷冻水供、回水总管 之间设置旁路，调节旁通流量。 旁路由旁通电动两通阀 和压差控制器组成。 采用压差旁路调节 被调量是压差，时间常数和滞后较小 首选PI调节规律和算法。,.,41,（4）冷冻水回路冷水机组侧恒流量与空调末端设备变流量运行2两极冷冻水泵协调控制 当空调系统负荷大、末端设备多、设备分散、冷冻水管路长、管路阻力大的情况下，冷冻水回路采用二级泵才能满足空调末端对冷冻水的压力要求。 一级冷冻水循环泵的启停由对应的冷水机组的启停决定，负责克服冷水机组至冷冻水旁通管道一侧的水路阻力。 二级冷冻水泵依据旁通管路两侧的温度、流量关系调整开启台数，达到冷水机组一侧恒流

16、量，末端设备变流量。负责克服空调末端至冷冻水旁通管道一侧的水路阻力。 在冷冻水压力最不利的位置安装水压传感器，对冷冻水压力进行检测。,.,42,.,43,（5）膨胀水箱与补水箱监控 膨胀水箱与冷冻水管路连通。当管路中的水随温度改变，体积发生热胀、冷缩的变化时，增加体积可排入膨胀水箱，减少体积可由膨胀水箱中的存水补充。 补水箱存放经过除盐、除氧处理的冷冻用水，当需要时通过补水泵向管路补水。通过水箱的高低液位开关对水箱水位进行监视，水位低于下限时补充，高于上限时停止以免溢流。,.,44,（6）冷水机组的节能群控运行 系统满负荷运行的时间有限，大部分时间系统不是满负荷工作。选择合适的负荷实现节能运行

17、。 节能群控两种基本方式： 1、冷冻水回水温度控制法。 用回水温度来调节冷水机组和冷冻水泵运行台数 2、冷量控制法。 根据冷冻水供回水温度与流量求出空调系统的实际冷负荷，根据冷负荷情况自动控制冷水机组、冷冻水泵的运行台数 与设备均衡运行控制相互协调，实现系统运行费用与设备维护费用总体降低,.,45,（7）冷却塔的节能运行控制 用冷却水进水温度来控制冷却塔风机的工作台数或变速控制； （出口37 -进水32 ） 控制冷却水泵的运行台数； 用冷却进水温度控制冷却塔风机的运行，不受冷水机组运行情况限制，独立控制。,.,46,（8）制冷系统的节能群控 保证设备安全的前提下，冷热源设备与水系统的节能控制是

18、衡量楼宇自动化系统成功与否的主要标志之一。 冷热源设备及其水系统能耗是空调系统能耗的8090 常用节能措施： 制定科学的运行时间表 依据建筑内热负荷变换情况，如上下班时间表、人员变动情况，制定科学合理的运行计划表，在满足环境要求的前提下，减少运行时间。,.,47,制冷机组的节能群控 制冷系统是按满足最大负荷需求设计冷水机组总冷量和冷水机组台数。通过控制制冷机组的台数，同时调整制冷机冷却水的温度，小范围调整冷水机组满负荷制冷量，使运行的冷水机组在满负荷状态下，总的制冷量与空调系统的冷负荷相匹配，空调制冷系统在高效率状态运行，达到节能目的。 影响因素： 一、确定冷水机组的运行台数 二、冷水机组满负

19、荷制冷量的调整 基本原则： 增加冷水机组的满负荷制冷量所增加的能耗，总是小于增开一台制冷机组和对于水泵所增加的能耗。,.,48,冷冻水泵节能控制运行 根据空调系统的工作情况，在满足工作压力、冷冻水流量的前提下，调整压差旁路的设定值和冷冻水泵的运行台数。,冷却塔、冷却水泵的节能运行控制 根据冷冻机对冷却水温的要求，确定冷却塔的开启台数，同时配合高/低速的转换来确定冷却塔的运行台数。 以最少的冷却泵运行台数满足制冷系统对冷却水流量和温度的要求。,.,49,3.5.1.2 制冷系统设备监控 设备、系统运行状态与参数监控点/位及常用传感器 表3.1 实际系统设计中应注意的问题： 考虑设备的手动/自动控

20、制的转换、设备故障维修/更换等退出自控状态的监测，增加状态监视点的情况 电动蝶阀都配有位置反馈信号，要考虑相应的状态监视,.,50,3.5.2 热源系统自动控制 热源电加热的空调热源锅炉和生活热水锅炉 3.5.2.1 电热锅炉的监控 1、电锅炉机组运行参数与状态监控点/位及常用传感器 2、锅炉的连锁控制 启动顺序：启动热水泵启动电锅炉 停止顺序：停止电锅炉停止热水泵,.,51,3、锅炉系统的运行与节能控制 （1）互备切换与均衡运行 累计运行时间数尽可能相同 先启动累计运行时间最少的设备 先停止累计运行时间最多的设备 （2）节能控制 回水温度法 供水9095，回水6065 ，回水温度高，说明系统

21、热负荷小，回水温度低，说明系统热负荷大，以调节锅炉机组的启停，和热水泵运行台数。 热负荷控制法 根据供/回水温度和回水干管的流量测量值，实时计算热负荷。,.,52,4、系统定时运行与设备的远程控制 锅炉系统按照预设的运行时间表自动定时启停 控制系统能对设备进行远程开/关控制，在控制中心实现对现场设备的控制,.,53,3.5.2.2 热交换器,.,54,1、空调换热系统运行状态与参数监控点/位及常用传感器 2、热交换系统的连锁控制 启动顺序：启动二次热水循环泵开启一次侧热水/蒸汽阀门 停止顺序：关闭一次侧热水/蒸汽阀门停止二次热水循环泵 3、热交换系统运行与节能控制 （1）热交换系统的自动控制

22、（2）节能控制：回水温度法、热负荷控制法。 4、系统定时运行与设备的远程控制 热交换系统能按照预设的运行时间表自动定时启停 控制系统能对设备进行远程开/关控制，在控制中心实现对现场设备的控制,.,55,3.6 空调系统自动化 3.6.1 概述 1、空气温度调节：满足要求的温度环境，最主要、基本功能 2、空气湿度调节：具有特定湿度环境，必需的功能 3、空气气流速度调节（制冷水平风速0.3m/s，制热水平风速0.5m/s） 4、空气质量调节：空气含氧量、空气清洁度调节 5、空气压力调节：正压、负压 6、空气的特殊控制工艺：定时、逻辑控制功能 空气调节的任务：当室内外的空气参数发生变化时，要求保持空

23、调空间内空气参数不变或不超出给定的变化范围。 采取措施：加热或冷却（温度调节）；加湿或除湿（湿度调节）；过滤或调节新风量（空气质量调节）,.,56,空气调节设备：新风机组、空气处理机组、风机管盘、变风量系统、送风/排风系统等。 3.6.2 新风机组自动控制 通常与风机管盘配合使用，为各房间提供一定的新鲜空气。 1、新风机组运行参数与状态监控点/位及常用传感器 2、新风机组连锁控制 启动顺序控制：新风风门开启送风机启动冷热水调节阀开启加湿阀开启。 停机顺序控制：关加湿阀关冷热水阀送风机停机新风阀门全关。,.,57,.,58,3、新风机组运行与节能策略 (1) 温度调节与节能策略 以出风口温度或房

24、间温度为被调参数，用PID规律调节冷热水调节阀开度以达到控制冷冻(加热)水量。把新风温度作为扰动信号加入调节系统，可采用前馈补偿的方式消除新风温度变化对输出的影响。 (2)湿度调节 根据出风口湿度与给定值偏差，按PI规律调节加湿电动阀开度。 (3)新风风门的调节 根据新风的温湿度、房间的温湿度及焓值计算和空气质量要求，控制新风门的开度。 (4)过滤器堵塞、防冻保护 (5)空气质量控制 (6)设备定时启停与远程开关操作,.,59,(4)过滤器堵塞、防冻保护 采用压差开关测量过滤器两端差压，差压超时，压差开关报警。 (5)空气质量控制 采用空气质量传感器，当CO2、CO浓度升高时，控制新风门开度增

25、加新风量。 (6)设备定时启停与远程开/关操作 依据预定运行时间表，实现新风机组的按时启/停，对设备具有远程开/关操作的功能。,.,60,3.6.3 空调机组自动控制 将房间的温度、湿度控制在一定的允许范围内。与新风机组相比控制目标不同，干扰量不同。 1、定风量空调机组运行参数与状态监控点/位及常用传感器 2、定风量空调机组连锁控制 启动顺序：新风门、回风门、排风门开启送风机启动回风机启动冷热水调节阀开启加湿阀开启 停机顺序：关加湿阀关冷热水阀送风机停机新风门、回风门、排风门关闭 3、定风量空调机组运行与节能控制 温度调节与节能策略 回风湿度调节 新风门、回风门、排风门调节 过滤器压差报警、机

26、组防冻保护 空气质量控制 定时运行与设备远程控制,.,61,.,62,.,63,3.6.4 变风量空调系统 变风量空调系统（VAV）是通过空调送风量的调节实现空调区域温湿环境的控制。当室内空调负荷改变或室内空气参数设定值变化时，空调系统自动调节送入房间的风量，将空调环境的温湿度参数调整到设定值。变风量空调系统可最大限度的减少风机的动力消耗，节约空调系统运行能耗。 送风温度不变时，送风量与空调负荷呈正比例线性关系。,.,64,变风量空调系统属于全空气送风方式，送风温度不变，通过改变送风量来满足房间对冷热负荷的需要，改变送风机的转速来改变送风量。通常采用变频调速。,特点： 能实现局部区域的灵活控制

27、，可根据负荷的变化和个人舒适度要求调节个性化工作环境。 自动调节送入各房间的冷量，考虑各房间同时使用系数和负荷的时间分布，空调系统冷源的总冷量配置可减少2030，减少投资。 室内无过冷或过热现象，由此系统运行时可减少空调负荷的1530。,.,65,3.6.4.1 变风量空调系统组成与工作原理 由变风量空调机组和变风量末端装置（VAV box）组成。 末端系统的组成方式： 1、单风管VAV系统 2、单风管再加热VAV系统 3、单风管送回风机联动VAV系统 4、单风管旁通式VAV系统,.,66,一般采用变频器控制风机驱动电机转速方式，实现变风量 系统的风量调节。 正常工作的最小风量值一般设定为满负荷风量的60。,.,67,该方式能在系统达到最小风量时，通过再热盘管的调节，保证室内的温度不出现过冷或过热状态，充分保证室内舒适度。,.,68,这类系统能够实现室内压力控制。将送风量、回风量之差 控制在设定值，以满足室内静压一定的要求。,.,69,当室内负荷变化时，送入室内的风量减少，多余的风量通过旁通管口排